Устройство для поверки газоанализаторов Советский патент 1992 года по МПК G01N11/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к области газового анализа, и мо-I жет быть применено для поверки, градуировки и наладки газоаналитической аппаратуры.

Известно газоаналитическое устройство, содержащее пакеты ламинарных дросселей и регуляторы давления, подключаемые к источнику анализируемого газа

Данное устройство, несмотря на высокую чувствительность и точность измерения (дальнейшее повышение которой затруднительно), не может быть применено для поверки газоанализаторов высокого класса точности.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для поверки газоанализаторов, содержащее источники и задатчики давлений газа-разбавителя и дозируемого газа, пакеты ламинарных дросселей с коммутатором на линии газа-разба- вителя и дозируемого газа, стабилизач ггоры входного и выходного давлений и термостат.

Однако известное устройство не обеспечивает достаточной точности концентрации дозируемого газа ввиду отсутствия точного критерия определения соотношения сопротивлений дросселей, недостаточной стабильности ра-1 боты эжектора, влияния расхода при00 №

оэ

31

готовляемой газовой смеси, барометрического давления, изменения температуры окружающей среды, и температуры газа-разбавителя и дозируемого газа. Кроме того, известное устройство требует индивидуальной градуировки, что при отсутствии высокоточных средств передачи меры в газовом анализе не позволяет применить его для поверки высокоточной газоаналитической аппаратуры.

Цель изобретения - повышение точности поверки.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для поверки газоанализаторов, содержащее источники и задатчики давлений газа-разбавителя и дозируемого газа, пакеты ламинарных дросселей с коммутатором на линии газа-разбавителя и дозируемого газа, стабилизаторы входного и выходного давления и термостат, снабжено двумя дросселями, установленными соответственно на линии газа-разбавителя и дозируемого газа, а также двумя струйными блокаторами, один из которых соединяет линии газа-разбавителя и дозируемого газа со стабилизатором входного давления, а второй - выходы дроссельных пакетов со стабилизатором выходного давления, ламинарные дроссели выполнены с одинаковыми газодинамическими сопротивлениями, причем дроссели каждого пакет имеют одинаковые линейную расходную характеристику и геометрию.

Точность состава получаемой газовой смеси на выходе из устройства

5

из дросселя;

m - поправка на входовые эффекты.

Кроме того, повышению точности дополнительно способствует стабилизация влияющих на работу устройства факторов (абсолютное давление газа- разбавителя и дозируемого газа на входе в ламинарные дроссели и на выходе из них, температура и т,п.).

На чертеже показана принципиальная схема устройства для поверки газоанализаторов.

Устройство для поверки газоанализаторов содержит источники газа-разбавителя 1 и дозируемого газа 2, задатчики 3 и 4 давления, дроссели 5 и 6, установленные соответственно на

0 линиях газа-разбавителя и дозируемого газа, струйные блокаторы 7 и 8 потоков, установленные между линиями газа-разбавителя и дозируемого газа на входе и выходе пакетов лами5 парных дросселей 9 и 10, коммутатор 11, установленный на линиях газа- разбавителя и дозируемого газа для подключения в различном соотношении элементов пакетов ламинарных дроссе0 лей 9 и 10, а также стабилизаторы 12 и 13 давления, подключенные соответственно к струйным блокаторам 7 и 8. Все элементы устройства, за исключением источников 1 и 2 газа, помещены в термостат 14.

Все ламинарные дроссели, входящие в пакеты ламинарных дросселей 9 и 10, выполнены в виде капилляров с одинаковым газодинамическим сопро5

и устранение необходимости его граду- о тивлением, при соблюдении условия ировки обеспечиваются применением naj (1) для конструктивных параметров кетов ламинарных дросселей, все дрос- капилляров, т.е. дроссели каждого пач сельные элементы которых имеют.одинаковое газодинамическое сопротивлекета имеют одинаковую линейную расходную характеристику и геометрию.

ние и линейную расходную характеристику, обеспечиваемую выполнением условия

Рг тТиР

ч| -

16|ul

2PL

(1)

де d и 1 Р(Uдиаметр и длина проходного канала ламинарного дросселя (капилляра); плотность газа в нормальных условиях (Тц S273 , 15 K ,i Р„ 101325 Па) вязкость газа при температуре Т газа; давление газа на выходе

тивлением, при соблюдении условия (1) для конструктивных параметров капилляров, т.е. дроссели каждого пач

кета имеют одинаковую линейную расходную характеристику и геометрию.

Струйные блокаторы 7 и 8 выполнены в виде тройника, образованного двумя ЁХОДНЫМИ и одним выходным каналами, причем угол между входными каналами выполнен меньше 90°, и могут

заканчиваться вблизи центра полости по форме, близкой к сферической -,, выходной канал начинается с отверстия в стенке полости.

Устройство работает следующим образом.

Основной поток газа-разбавителя от источника 1 через задатчик 3 давления, дроссель 5, коммутатор 11, пакет ламинарных дросселей 9 подается на струйный блокатор 8, куда поступает также основной поток дозируемого газа от источника 2 через за датчик Ц давления, дроссель 6, коммутатор 11 и пакет ламинарных дросселей 10. В струйном блокаторе 8 оба газовых потока перемешиваются и оттуда поступают во внутреннее пространство стабилизатора 13 давления, где происходит дополнительное перемешивание газа. На выходе стабилизатора 13 давления получается газовая смесь определенной концентрации дозируемого газа в газе-разбавителе.

Основной функцией стабилизатора 13 давления является стабилизация абсолютного давления на выходе пакетов ламинарных дросселей 9 и 10. Это достигается при помощи струйного блокатора 8, соединяющего выходы дроссельных пакетов 9 и 10 со стабилизатором 13 давления. При этом за счет малости газодинамического сопротивления каналов струйного блокатора 8 (сопротивление этих каналов на много порядков меньше сопротивления элементов дроссельных пакетов 9 и 10 давления на выходе пакетов ламинарных дросселей 9 и 10 являются равными. Струйный блокатор 8, кроме того, устраняет вероятность попадания газа разбавителя в пакет ламинарных дросселей 10, и наоборот, дозируемого газа и пакет ламинарных дросселей 9.

Часть потока газа-разбавителя и часть потока дозируемого газа ответвляется на струйный блокатор 7, отку- да полученная газовая смесь через стабилизатор 12 давления идет на сброс. Газовые потоки через струйный блокатор 7 и стабилизатор 12 давления являются вспомогательными и с их помощью стабилизируется абсолютное давление на входе пакетов ламинарных дросселей. Функции струйного блокатора 7 аналогичны функциям струйного блокатора 8. Газодинамическое сопротивление каналов коммутатора 11 также является намного меньше сопротивления элементов дроссельных пакетов 9 и 10, и поэтому аналогично обеспечивается равенство давлений на входах пакетов ламинарных дросселей 9 и 10..Система стабилизации абсолютных давлений на входах пакетов ламинарных дросселей работает следующим образом.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Колебания давлений ог источников газа-разбавителя 1 и дозируемого газа 2 гасятся с помощью задатчиков 3 и k давления, а точное поддержание абсолютного давления на входах пакетов ламинарных дросселей 9 и 10 осуществляется с помощью стабилизатора 12 давления путем гашения на дросселях 5 и 6 колебаний давления, обусловленных ограниченной точностью задатчиков 3 и k давления и барометрическим давлением.

Величина концентрации дозируемого газа в газе-разбавителе на выходе стабилизатора 13 давления определяется соотношением расходов газовых потоков через пакеты ламинарных дросселей 9 и 10. Соотношение указанных расходов изменяется путем включения с помощью коммутатора 11 различного числа элементов пакетов ламинарных дросселей 9 и 10. Таким образом, концентрация определяется числом элементов пакета ламинарных дросселей 9, к которым проходит газ-разбавитель, и числом элементов пакета ламинарных дросселей 10, по которым проходит дозируемый газ. В качестве примера на чертеже показаны пакеты ламинарных дросселей с тремя элементами (капиллярами) каждый. Для данного случая в зависимости от комбинации числа работающих элементов пакетов ламинарных дросселей 9 и 10 возможны семь различных значений концентраций дозируемого газа в диапазоне значений 0,,75. Так, например, при включении трех элементов пакета ламинарных дросселей 9 и двух элементов пакета ламинарных дросселей 10 значение концентрации равно 0,4. В случае необходимости расширения диапазона концентрации дозируемого газа или увеличения количества возможных значений концентрации по сравнению с рассматриваемым примером число элементов пакетов ламинарных дросселей 9 и 10 необходимо увеличить,

Постоянство концентрации дозируемого газа в газе-разбавителе на выходе стабилизатора 13 давления обеспечивается стабильностью расходов дозируемого газа через элементы пакета ламинарных дросселей 10 и газа-разбавителя через элементы пакета ламинарных дросселей 9. Стабильность расхода через элементы пакетов ламинарных дросселей 9 и 10 определяется

постоянством абсолютных давлений на входе и на входе ламинарных дросселей, постоянством температуры пакетов ламинарных дросселей, постоянством температуры газовых потоков через элементы ламинарных дросселей, а также постоянством химического состава проходящих через пакеты ламинарных дросселей газовых потоков (через дроссельный пакет 9 проходит чистый газ-разбавитель, а через дроссельный пакет 10 - чистый дозируемый газ).

Высокая точность соотношения расходов дозируемого газа и газа-разбавителя на выходе пакетов ламинарных дросселей обеспечивается равностью абсолютных давлений на входах ламинарных дросселей 9 и 10, равностью абсолютных давлений газа на выходах этих пакетов, равностью температур дозируемого газа и газа-разбавителя, равностью газодинамических сопротивлений всех элементов (капилляров) пакетов ламинарных дросселей 9 и 10, а также применением капилляров с линейной зависимостью расхода газа чрез капилляр от перепада давления на капилляре. Указанные факторы в своей совокупности позволяют достичь компенсации влияния условий работы устройства таких, как расход и давление газовой смеси на выходе устройства, давление на выходе источников дозируемого газа и газа-разбавителя, барометрическое давление, температура окружающей -среды и т.п. Каждый мешающий фактор за счет указанных особенностей устройства влияет в одинаковой степени на расход газа-разбавителя и дозируемого газа, и соотношение этих расходов остается неизмен ным и при изменении внешних условий работы.

Указанные особенности устройства обеспечивают по сравнению с известными большую точность концентрации дозируемого газа в газе-разбавителе на выходе устройства. Это достигается за счет стабильности работы всех элементов предлагаемого устройства . и компенсации в нем влияния мешающих факторов В отличие от известных устройств в предлагаемом применены ламинарные дроссели с одинаковыми газодинамическими сопротивлениями и линейной расходной характеристикой.

Эти конструктивные особенности ламинарных дросселей в совокупности с особенностями узла стабилизации абсолютных давлений позволяют достичь одинакового влияния мешающих факторов на расходы газа-разбавителя и дозируемого газа через пакеты ламинарных дросселей, вследствие чего

соотношение расходов остается неизменным. В известных устройствах такой компенсации нет. В прототипе неконтролируемое изменение расхода дозируемого газа в пакете ламинарных

5 дросселей, вызванное влиянием меша- ющих факторов (барометрическое давление, температура дозируемого газа и т.До), не сопровождается пропорциональным изменением расхода газа0 разбавителя вследствие различного влияния мешающих факторов на расходы дозируемого газа и газа-разбавите

ля, например, из-за различной нелинейности ламинарных дросселей в па

кетах, и поэтому концентрация дозируемого газа на выходе известного устройства изменяется. Положительный эффект в изобретении достигается не только за счет выполнения систем

стабилизации некоторых параметров, но в основном за счет компенсации влияния мешающих факторов.

Предлагаемое устройство можно применять без индивидуальной градуировки. Это достигается равностью сопротивлений всех ламинарных дросселей устройства, вследствие чего концентрация дозируемого газа на выходе устройства определяется с высокой точностью расчетным путем. В известных устройствах точное определение расчетным путем концентрации дозируемого газа на выходе является невозможным. В частности, это относится к соотношению расходов газа-разбавителя через сопло эжектора и суммарного расхода с выхода дроссельных пакетов в прототипе. Кроме того, расчет и подбор дросселей с заданными различными значениями соотношения их сопротивлений также характеризуется весьма ограниченной точностью. Поэтому известное устройство требует индивидуальной градуировт

ки Таким образом, изобретение позволяет улучшить контроль Окружающей среды, загазованности помещений, снизить стоимость такого контроля и повысить его надежность.